Вы здесь

Биохимия и морфология зубов в норме и патологии

БИОХИМИЯ И МОРФОЛОГИЯ ЗУБОВ В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ

В теории и практике современной стоматологии имеет принципиальное значение оценка фактов, имеющих отношение к обмену веществ в тканях зуба в период формирования, в сформированных зубах в норме и при патологии, надмолекулярная и молекулярная химическая структура вещества тканей зуба, химические и физические процессы, протекающие в них, то есть биохимия зубов. Механизм развития кариеса, особенно процессы, характеризующие начальные стадии, связаны с физиологическими особыми свойствами и структурой составных частей твердых тканей зуба. Современные данные о морфологии и ультраструктуре тканей зуба позволяют полнее оценить и уловить такую связь в физиологии тканей и в развитии патологических процессов.

Основной вид обмена зубных тканей — минерализация и деминерализация их — очень сложный, во многом еще не изученный процесс. Он зависит от многих факторов, в том числе и от содержания микроэлементов в организме и в самых тканях зуба Многие интимные механизмы минерализации белковой матрицы в период формирования зубов и обмена веществ в сформированном зубе изучены, но многое еще неясно и является по сути предположением.



Поэтому небезынтересно, насколько это позволяют сделать современные данные, осветить столь сложные вопросы обмена веществ в тканях, взаимоотношения между компонентами, составляющими материальный субстрат зубных тканей, и факторами, влияющими на этот обмен. Эти вопросы представляют интерес для выяснения влияния микроэлементов на процессы обмена в тканях зубов. Одним из таких путей является включение микроэлементов в структуру зубной ткани, в результате чего могут изменяться ее свойства.

Эмаль является высокоспециализированной тканью со своеобразным обменом веществ, что проявляется в низкой активности обмена. Наблюдаемая инертность обмена определяется высокой минерализацией тканей зуба и является необходимым физиологическим качеством, которое следует расценивать как проявление функциональной адаптации к выполняемой зубом функции механической обработки пищи. Физиологическая целесообразность этой биохимической инертности обусловлена необходимостью противостоять внешним факторам, действующим на эмаль (значительный диапазон температур, кислоты, щелочи, ферменты и др.). Физиологические свойства эмали и дентина тесно связаны с их морфологией. Эти факторы имеют значение и для понимания действия микроэлементов на свойства тканей зуба.

Морфология эмали и дентина. Эмалевый покров зуба состоит из 2 слоев — коркового бесструктурного и основного призменного, различных по физико-химическим качествам и степени минерализации. Удельный вес эмали: наружных слоев — 3,01; у эмалево-дентинной границы — 2,86

 Средний удельный вес эмали равен 2,672. Вариабельность удельного веса эмали связана с неравномерностью минерализации ее и различным содержанием органических веществ. Эмаль, согласно данным Bose, Blackwell, Fosdick (1960), состоит из 2 фракций: тяжелая — составляет основу неорганической части эмали (она содержит около 0,25% органических веществ), легкая — это межпризменное вещество, которое содержит 2,3% органических компонентов.

Структурным элементом эмали является эмалевая призма. В сформированном зубе эмалевые призмы в поперечном сечении достигают 3—5 мк и имеют полигональную (чаще всего гексагональную) или аркадную конфигурации. Каждую призму полностью или частично облегает оболочка с высоким содержанием органического вещества.

На поверхности эмали имеется органическая оболочка, которая обнаружена Tinanoff, Glick, Weber с помощью электронного микроскопа. Эта оболочка толщиной 0,1 мкм располагается под бляшкой (подповерхностная пелликула) и плотной поверхностной гранулярной пелликулой различной толщины. Эти оболочки по ультраструктуре идентичны на молодых и зрелых зубах.

Матрица эмали является высоко организованным органическим веществом, которое полностью окружает слоем белковой субстанции кристаллы эмали. При начальном кариесе ее изменяется в первую очередь в центре поражения.

Эмалевые призмы образованы амелобластами; призмы на поперечном срезе резца крысы расположены под углом 45° к оси образующих их клеток; последующий ряд амелобластов дает отклонение эмалевых призм в другую сторону под тем же углом. Поэтому чередующиеся ряды эмалевых призм располагаются почти под прямым углом друг к другу. При этом все призмы наклонены к верхушке корня почти на 30° . Кристаллиты располагаются с разными отклонениями от линии длинной оси эмалевых призм — для одной группы кристаллов отклонение составляло 5°, для другой —40°.

Между призмами (каждая призма покрыта тончайшей призменной оболочкой) расположено межпризменное вещество. При микроскопическом исследовании оно представляется аморфным, прозрачным, светло-серого цвета и располагается тонкой, часто едва заметной полоской или образует скопления в виде эмалевых пучков и пластинок. Эмалевые пучки начинаются на эмалево-дентинной границе и, древовидно разветвляясь, проходят глубоко в эмаль. Эмалевые пластинки имеют конусообразную форму (либо форму сплетения) и располагаются по всей толще эмали — от кутикулы до эмалево-дентинной границы.

На большой глубине слоя эмали обнаруживаются отдельные томсовы волокна, которые проникают из дентина и заканчиваются в призменных оболочках или в межпризменном веществе. Эти отростки имеют многочисленные разветвления, которые анастомозируют между собой. Долгое время оставался открытым вопрос о характере соединения эмали с дентином. Ряд авторов трактовал отношения между дентином и эмалью как чисто механическое соединение. Иные полагали, что дентин и эмаль при взаимном соединении повторяют принципиально те же отношения, которые имеют место между эпителием и соединительной тканью. На границе эмали с дентином склеивающее вещество (уплотненная эктоплазма) образует мембрану (щеточковую кайму), волокна которой переходят в корфовские фибриллы дентина; в эмали они соединяются с веществом призменных оболочек и меж-призменного вещества. Это обеспечивает прочную механическую и физиологическую связь эмали с дентином.

Волокнистая структура эмалево-дентинного вещества подтверждается данными последних лет. С помощью растрово-электронного изучения структуры тканей зубов Svejda, Bures  обнаружили на поверхности дентина, прилегающего к эмали, скопления волокон, имеющие блюдцеобразную форму Группы призм ориентированы так, что как бы вкладываются в отдельные «блюдца»; в массе своей они образуют дентинную границу. Также с помощью электронного микроскопа те же авторы обнаружили, что вещество эмалево-дентинной границы местами минерализовано, а местами, в области углублений, представлено волокнистыми структурами, покрывающими мембрану (эмалево-дентинное соединение), которая также имеет волокнистую структуру. Они полагают, что волокна мембраны эмалево-дентиннной границы укрепляют призмы. Весьма ценными и интересными являются электронно-микроскопические исследования эмали, которые позволили изучить ее объемную микроструктуру. При увеличениях (1000— 3000) призмы на поперечных шлифах и сколах имеют форму аркад, реже они гекса- или полигональной формы. На продольных шлифах (скобах) призмы одним концом заклинены между смежными, а другим черепице-образно накладываются на нижележащие. Увеличение в 10 000 — 30 000 позволили обнаружить, что эмалевые призмы представлены конгломератами кристаллов гексагональной системы. Иногда встречаются кристаллы иглоподобной и овальной форм. Длина их колеблется в пределах 30—200 нм, ширина— 10—20 нм.

Продольная ось кристалла интанктной эмали ориентирована под небольшим углом по отношению к продольной оси эмалевой призмы. Кристаллы расположены в органической фибриллярной субстанции по ходу органических волокон. Количество органической субстанции в эмали зависит от степени минерализации зуба.

Согласно другим данным, призмы, ориентированные определенным образом, состоят из изолированных кристаллов. Они размещены в петлях органической сети, пронизывающей всю призму, ее оболочку и межпризменное вещество. Фибриллярное строение эмали образуется постепенно, по мере обызвествления ее первично аморфной органической стромы. Толщина фибрилл — 20— 100 Μμ, размеры петель — до 200 Μμ. Фибриллярная структура эмали представлена сетью ретикулиновых волокон, выполняющих функцию ультракапилляров, по которым происходит движение зубной лимфы в эмали.

Кристаллическая структура вещества призм подтверждена поляризационной микроскопией и дифракцией рентгеновыми лучами. Размеры кристаллов колеблются от 5 до 10 нм.

Дентин составляет около 85% массы зуба и состоит из аморфного склеивающего вещества и сети корфовских и эбнеровских волокон. Эти субстанции составляют основное вещество дентина и содержат около 73% неорганических компонентов. Корфовские волокна у эмалево-дентинной границы имеют радиальное направление, далее несколько отклоняются к верхушке корня, вблизи пульповой полости снова восстанавливают радиальное направление и, пронизывая келикер — флейшмановскую оболочку, соединяются с аргирофильными волокнами пульпы. Эбнеровские волокна располагаются касательно по отношению к стенкам полости пульпы.

Наименее минерализован дентин, граничащий с пульпой (предентин). Участки менее интенсивной минерализации обнаружены также на границе плащевого и околопульпового дентина (интерглобулярные пространства), у дентинно-цементной границы (зернистый слой Томеса). Последние образования, располагаясь в несколько рядов, составляют контурные линии Оуэна.

Дентинные канальцы пронизывают в большом количестве основное вещество дентина Стенки их выстланы аморфной неймановской оболочкой эктоплазматического происхождения (идентична каликер-флейшмановской). которая выстилает дентин со стороны пульпы.

Оболочки дентинных канальцев, по данным электронной микроскопии, не являются самостоятельными структурными образованиями. Эти авторы рассматривают их как основное вещество дентина, которое в окружности томсовых волокон значительно уплотнено.

В дентинных канальцах располагаются протоплазматические отростки одонтобластов (томсовы волокна), которые являются трансфузионной системой, обеспечивающей питание от пульпы дентина и эмали. Большая часть томсовых волокон заканчивается в периферических отделах дентина, некоторые из них проникают в эмаль. Кроме роли транспортной системы, томсовы волокна, по мнению некоторых авторов, выполняют функцию передатчиков чувствительности. Наличие нервов в дентине исследования одних авторов подтверждают,  другие их обнаружили только в предентине .

Биохимия тканей зуба. Приведенный даже краткий обзор позволяет сделать заключение о сложности функциональной и морфологической взаимосвязи органического и неорганического компонентов эмали и дентина, которая в значительной степени определяет характер обмена в этих тканях.

Значительный интерес в этом плане представляют современные данные электронной микроскопии, кристаллографии, гистохимии и других методов исследования на субклеточном и молекулярном уровнях о структуре, которые значительно расширяют наши знания в физиологии и патологии тканей зуба.

Вопрос об обмене веществ в эмали, то есть о жизненности этой ткани, долгое время и в настоящее время является предметом дискуссий. Точка зрения на эмаль как на мертвую «минералоподобную насадку», логически рассуждая, противоречит принципам диалектического материализма и современной биологии; зубные ткани выполняют функции, присущие живым тканям — защита, осязание и др. Многочисленные фактические данные подтверждают наличие обмена в твердых тканях зубов, который тесно связан с общим обменом веществ организма.

Доказано влияние центрального и периферического отделов нервной системы на обменные процессы в твердых тканях зуба. Влияние витамина B1 на включение в эмаль радиоактивных кальция и фосфора, возрастные биохимические изменения в твердых тканях зуба  и другие факты убеждают в том, что в эмали происходит обмен веществ. Особенно значительны в этом аспекте работы А. А. Прохончукова  и др.

Питание твердых тканей зуба вследствие отсутствия в них кровеносных путей осуществляется своеобразно. Вероятнее всего, что из транссудата крови, который выходит через стенки капилляров пульпы, питательные вещества поступают в межклеточную жидкость, через клеточную оболочку — в одонтобласты, а далее по их отросткам, и отчасти по основному веществу, в дентин до эмалево-дентинной границы. В эмали путем диффузии и осмоса аминокислоты, минеральные вещества и другие продукты обмена транспортируются по коллагеновой фибриллярной субстанции (призменные оболочки, эмалевые пучки, колбы, пластинки). Наличие жидкости в твердых тканях зуба в настоящее время доказали Bodecer, Bergman, Polle, Tailby, Berry, Paunio, Nänto и др. С другой стороны, установлено, что фосфор и кальций поступают в эмаль и из слюны.

Анализ данных последних лет о характере зубных тканей как биологического субстрата и о тех биохимических процессах, которые в ней установлены или которые можно предполагать на основании полученных научных фактов, позволяют считать, что ткани зуба, как и другие ткани организма, в своем развитии подчиняются единым биологическим закономерностям. Это заставляет отвергнуть мнение, что естественная минерализация зубов — процесс сугубо физико-химический, который происходит в тканях зубов вне связи с общим развитием организма.

В формировании зубов играет роль эндокринная система. При врожденном гипотиреозе, атиреозах, гипопитуитаризме, конституциональном и неконституциональном раннем половом развитии и других эндокринопатиях формирование зубов задерживается.

Обмен веществ осуществляется благодаря наличию соответствующего специфического фермента или нескольких ферментов; они ускоряют или замедляют, корригируют биохимические реакции только в определенном направлении, предупреждают течение реакции в других направлениях, которые теоретически возможны с чисто химической точки зрения.

Направленность реакций в тканях происходит и вследствие того, что существует генетическая информация, заложенная в ДНК, которая определяет характер и специфику развития тканей. Генетическая информация лежит в основе образования специфических протеинов органической матрицы зубных тканей. Эмбриональные зачатки зубов крыс, мышей, кроликов, хомяков Glastone культивировал в синтетической среде (смесь органических веществ, включая аминокислоты, промежуточные метаболиты, Коэнзимы и источники энергии в физиологическом растворе), которая обеспечивала гистологическую дифференцировку всех тканей зуба. Зубные зачатки разрезали строго пополам и продолжали культивировать на той же среде. Рост, морфологическая и гистологическая дифференцировка продолжались в обеих половинках (если разделение было проведено до появления одонтобластов), причем формировались 2 полноценных одинаковых зуба. В наиболее ранний период формирования зубов рибонуклеиновая кислота (регулятор морфогенеза зубного зачатка) обнаружена Weill в зонах активной дифференцировки и выработки белков. В зонах, богатых РНК, наблюдается быстрый рост. В частности, концентрирование РНК наблюдается в эпителиальных клетках эмалевого органа. Несмотря на то что многие морфологические признаки в своих существенных чертах уже детерминированы, они подчиняются, как полагает Р. Уильям, влиянию внешней среды. Недостаток тех или иных питательных веществ или действие посторонних химических веществ может изменить процесс формирования морфологических признаков.

В молодом эмалевом органе много гликогена в форме отдельных гранул обнаруживается до начала минерализации. Увеличение гликогена в формирующихся зачатках зубов связано с отщеплением фосфорной кислоты из глюкоза — фосфата. В результате этого процесса, который катализируется фосфорилазой, накапливаются ионы фосфата, необходимые для процессов минерализации. В период амелогенеза продукты секреции амелобластов богаты мукополисахаридами и протеинами. Мукополисариды являются резервным материалом, участвующим в формировании матриц. Щелочная фосфатаза способствует синтезу мукополисахаридов и участвует в формировании матрицы.

В самый ранний срок развития зубные зачатки представляют собой белковую матрицу, которая в процессе развития постепенно минерализуется. Применив метод микрорентгенографии, Aojama, Mijasato, Asahina, Kubota, Suga  установили, что процесс минерализации зубной эмали моляров кроликов имеет 2 стадии: а) стадию формирования матрицы или матричного морфогенеза; б) стадию созревания. Вторая стадия примерно вдвое дольше, чем первая.

Минерализация начинается после интенсивного развития сосудистой сети и нервных волокон в зубном сосочке. Обильное кровоснабжение зубного зачатка к моменту начала минерализации обусловлено генетическим кодом, который программирует развитие зубного зачатка, в том числе и поступление питательных веществ в связи с интенсивным формированием зуба.

Минерализации предшествует ряд сложных биохимических процессов, накопление в минерализующихся тканях биохимически активных веществ и образование органической матрицы. Общепризнано, что органическая матрица является сложной композицией многих органических макромолекул, но основную массу составляют протеины. Главной составной частью волокон органичеческой матрицы кости, дентина и эмали являются фибриллярные протеины. Bersin придерживается мнения, что в эмали зубов детей наряду с кератином органическая матрица содержит коллаген, а позднее белковый состав матрицы меняется.

В развивающейся эмали крыс гистохимически, с помощью микрорентгенографии и поляризационной микроскопии, применяя специальные красители, которыми окрашивается только матрица эмали (окрашиваются тирозин, триптофан, SH- и SH2- группы), Suga, Gustaffson обнаружили в различные стадии развития эмали разный градиент интенсивности окраски преэмали.

Гистохимическая характеристика самых молодых участков матрицы свидетельствует о биохимических модификациях, сопровождающих фибриллообразование, а в дальнейшем — минерализацию. В преадамантобластах и во всех клетках редуцирующегося эмалевого органа О. Н. Королева обнаружила гликоген в эмали в период ее отложения — ШИК-положительные гранулы, которые содержат, помимо белков, кислые и нейтральные мукополисахариды (МПС). В эмали в этот период содержатся сульфатированные МПС и полисахариды типа гиалуроновой кислоты. По данным Goto, в эмалевом органе КМП (кислые мукополисахариды) окружают клетки звездчатого ретикулума, рутениевая окраска КМП образует сетчатую структуру в межклеточных пространствах, между основной мембраной и клетками эмалевого органа.

Процессы минерализации белков костей и зубов очень сложны, интерпретация их весьма разноречива, нередко противоречива. Принципиально процессы минерализации кости и зубов, по мнению С. М. Рапопорта и других авторов, идентичны, только количественно обмен в зубной ткани протекает значительно медленнее, чем в костной. В дентине и кости имеются одинаковые апатитовые структуры и органическая часть. В эмали кристаллы апатита крупнее и не имеют паракристаллических участков; органическая субстанция подобна кератину. Изучая белковые компоненты костной ткани в процессе регенерации и эмбрионального развития, Б. С. Касавина обнаружила параллелизм между изменениями некоторых биохимических компонентов при регенерации и изменениями, происходящими в ходе онтогенеза. Эти данные позволяют в изучении процессов обмена в кости использовать регенераты для толкования процессов, протекающих в эмбриональном периоде.

Особенность коллагена костей и зубов определяется его аминокислотным составом. По мнению Frank, Nalbandijan , коллаген кальцифицирующихся тканей характеризуется содержанием свободных аминогрупп лизина и гидроксилизина. Образование коллагеновых фибрилл связано с предшествующим синтезом хондроитин-серной кислоты. Активность образования последней тесно связана с интенсивностью поступления аскорбиновой кислоты и сульфатов в минерализующиеся ткани.

Аминокислоты, входящие в белки, могут быть нейтральными, кислыми и основными в зависимости от природы их боковых звеньев. Кислотная группа аминокислот COOH в водной среде близкой к нейтральной отщепляет водородный ион H+ и превращается в отрицательно заряженную группу СОО-. Группа NH2 аминокислоты присоединяет в этих условиях водородный ион H+ из воды и образует положительно заряженную группу NH+3.

Кроме того, в молекуле белка имеются боковые группы R, так же имеющие свободные связи. Основные аминокислоты, например лизин, содержат свободную аминогруппу, в то время как аспарагиновая и глутаминовая кислоты имеют по одной свободной карбоксильной группе. Поэтому следует принимать во внимание возможность образования внутри и межцепочных солеобразных связей между этими свободными основными и кислотными группами.

Цистин и гистидин активно связывают металлы. Активность металлопептидных комплексов очень велика. По-видимому, и в зубах образуются также комплексы, способные к взаимосвязи в процессе формирования тканей. Некоторые белки могут кристаллизоваться, либо входить в кристаллическую решетку другого соединения. Очевидно, на этих свойствах основано белково-апатитовое соединение в процессе минерализации эмали и дентина.

В молодой соединительной ткани костной мозоли имеет место резкое нарастание содержания ванадия, кремния и титана в ранний срок регенерации, в период резервирования аутотрансплантата и формирования новой костной ткани. Повышение содержания ванадия, кремния и титана в период резорбирования аутотрансплантата и формирования новой костной ткани, особенно ванадия и кремния, позволяет предполагать, что указанные микроэлементы играют роль катализаторов отдельных ферментативных реакций. Значительные колебания концентрации микроэлементов имеют место и в зачатках зубов в периоды различной интенсивности формирования и минерализации их.

В эксперименте in vitro преципитация нерастворимых кальциевых солей происходит вокруг фибрилл кератомиозина, которые содержат аминокислоты — гидроксилизин и гидроксипролин. Кристаллы гидрооксиапатита ориентируются своей C-осью параллельно фибриллам белка. Это происходит в результате процессов эпитаксии либо механического вытягивания фибрилл вследствие роста зачатка Образовавшиеся кристаллы (соответствующим образом ориентированные) служат в дальнейшем центрами, вокруг которых откладывается паракристаллическая часть апатита. При этом возникают химические связи между апатитом и протеином путем взаимодействия водородных связей между группами C-O протеина и ОН-ионами апатита, а также между NH-группой протеина и О-атомом фосфатных ионов. В боковых цепях протеина между ионами апатита и группами ОН — гидроксипролина и гидроксилизина, возможно, возникают хелатные связи. Химическую связь между белком матрицы и минеральным компонентом, которая ранее предполагалась, в настоящее время подтверждают данные А. А. Прохончукова , Ю. А. Федорова, Н. А. Жижиной, Nevesely и др.

Одним из энзимов, принимающих участие в минерализации, является фосфатаза. Она контролирует образование и гидролиз органических фосфорных эфиров и вследствие этого регулирует концентрацию неорганических фосфатов в сфере своей локализации. В зачатках зубов фосфатазы концентрируются в местах интенсивной кальцификации—амелобластах, stratum intermedium эмалевого органа, соединительной ткани пульпы возле одонтобластов, а также в самих одонтобластах.

На определенном этапе зубообразования фосфориллирование гликогена является первым источником фосфорных эфиров. Этот процесс обусловливает начало кальцификации. В дальнейшем костная фосфатаза образует фосфаты из фосфорных эфиров крови.

Постоянное присутствие фосфатаз в местах минерализации послужило основанием к гипотезе о механизме минерализации: фосфатаза катализирует гидролиз органических фосфатов, вследствие чего насыщенный раствор фосфата кальция превращается в перенасыщенный, из которого автоматически происходит преципитация.

В основу минерализации С. Я. Капланский также ставил явления преципитации кальциевых солей в плазме, однако полагал, что при этом образуются кальциевые соли белков благодаря химической связи. Эти соединения кальция с белком реагируют затем с фосфатами, отщепляемыми фосфатазой от фосфорных эфиров. В итоге образуется лабильное комплексное соединение— фосфорнокислый кальций—протеинат, от которого могут отщепляться фосфорнокислые и углекислые соединения кальция. Эти комплексные соединения очень лабильны: от белка могут отщепляться фосфорнокислые и углекислые соединения кальция. Однако после этого белок снова может связывать новые количества кальция и процесс окостенения продолжается с прежней интенсивностью.

Минерализацию как процесс равномерной, непрерывной преципитации (осаждения) неорганической субстанции в пространства между коллагеновыми волокнами в матрице эмали представляет Leicester. В результате этого процесса в матрице образуется регулярная и связанная масса ориентированных кристаллов. Сами коллагеновые волокна при этом не кальцифицируются. Он при этом допускает эпитаксию — ориентацию кристаллов преципитата в соответствии с ориентацией волокон кератогиалина и субмикроскопических пространств. Процесс минерализации сопровождается непрерывной потерей воды и удалением протеиновой матрицы под влиянием априорно предполагаемого протеолитического энзима, выделяемого амелобластами (вследствие чего остается лишь полностью неорганический материал, растворимый в кислотах).

Минерализованную ткань зубов и кости следует рассматривать как мицеллярную переплетающуюся комбинацию из органической матрицы ч неорганических апатитовых кристаллов. В эмали, дентине или кости кальцификация представляет собой физико-химический процесс преципитации фосфата кальция из жидкости внутрь мельчайших пространств в зубной органической матрице. Такая интерпретация процессов минерализации Leicester, идентифицирует минерализацию с грубой преципитацией минеральных компонентов в результате локального перенасыщения фосфата и далека от объяснения сложного процесса минерализации.

На основании данных электронной микроскопии и электронной дифракции авторы заключили, что минерализация начинается с образования точечных неорганических зачатков кристаллизации на кристалле-хозяине (коллагене). Однако не известно, что индуцирует появление зачатков кристаллизации: фибрилла сама по себе или какая-нибудь молекула, связанная с ее структурой. После образования зачатков кристаллизации происходит постепенный рост апатитовых кристаллов, причем ориентировка и природа протеиновых фибрилл имеет главенствующее значение, так как они регулируют форму и расположение неорганических кристаллов. Эпитаксия является взаимным врастанием или поверхностным обрастанием ориентированными 2 взаимно отличающимися кристаллическими фазами. Инициативный механизм начала кальцификации, по их мнению, нужно искать в физико-химических изменениях, происходящих в коллагене. В качестве инициатора кальцификации Irving предполагает липиды, которые, как доказано, могут связывать кальций и фосфор, они обнаружены в амелобластах и одонтобластах. Выдвинуто еще несколько гипотез механизма минерализации кости и тканей зубов.

В аспекте молекулярной биологии минерализация, по предположению Bachra, начинается с возникновения активных групп на биологических макромолекулах. Следующий за этим рост кристаллов зависит от состава тканевой жидкости в том месте, где происходит кальцифакция. Даже незначительные изменения ионного напряжения заметно меняют метастабильность кальцифицирующей жидкости. Локальное изменение состава жидкости Bachra ставил в зависимость от генетической информации и с этой точки зрения объяснял патологическую минерализацию, как наследственное предрасположение к кариесу.

Разные механизмы процесса минерализации допускают У. Ф. Ньюман и М. У. Ньюман, однако они полагают, что наиболее вероятный связан с процессами растворимости. В норме произведение концентраций кальция и неорганического фосфора, растворенных в плазме крови,— величина постоянная. Ориентированный рост кристаллов из этого раствора может идти путем эпитаксии, то есть образованием кристаллов вокруг центра кристаллизации. Такими центрами могут быть волокна коллагена, поскольку в нативном состоянии коллагены обладают кристаллической решеткой, в определенной мере аналогичной таковой гидрооксиапатита. В связи с этим можно предполагать, что кристаллы коллагена оказывают влияние на ориентацию кристаллов неорганических компонентов костей и зубов. Размер кристаллов оксиапатита почти равен размеру коллоидных частиц и их удельная поверхность чрезвычайно велика на поверхности кристаллов, поэтому может происходить замещение ионов кристаллической решетки некоторыми чужеродными ионами, содержащимися в растворе. Это влечет за собой изменение растворимости кристалла. Последнее положение, в определенной мере, объясняет эффект местного действия некоторых микроэлементов на зубы. Ионы фтора, свинца, стронция, ванадия и других микроэлементов способны замещать ионы кальция в кристаллической решетке оксиапатита и таким образом влиять на растворимость зубной ткани. В этом плане совершенно обоснованно Bachra оценивал состав и концентрацию тканевой жидкости в процессе минерализации. Активаторами либо ингибиторами минерализации могут быть микроэлементы, которые всегда присутствуют в минерализующейся ткани. Анализ концепции Ньюмана позволяет выделить 2 фазы в процессе минерализации: первая — процесс образования центров кристаллизации (конечный продукт клеточной активности), регулируемый биологическими механизмами; вторая — самопроизвольный неуправляемый процесс. Авторы не расшифровывают его, а только отмечают, что он аналогичен механизмам перемещения ионов, которые характерны для оксиапагита iu vitro: диффузия в гидратный слой, ионный обмен на поверхности кристалла и внутрикристаллический обмен. Они подчеркивают, что в организме эти механизмы изменяются под влиянием физиологических факторов — роста новой кости, перестройки и ее созревания и др.

Равномерность минерализации опровергнута микрорентгенографическими и гистологическими исследованиями. Он установил, что дентин образуется и минерализуется ритмично с интервалами в 3 мес. За этот период образовывается слой дентина толщиной в 33μ, а прирост в 1 день составляет 0,4μ. Представленные нами данные в предыдущем разделе наглядно иллюстрируют неравномерность формирования и минерализации зубов.

Кальцификация органической матрицы начинается с формирования кристаллического зачатка. В качестве агента нуклеации действует сам нативный коллаген. Определенную роль в кальцификации играют хондроитинсерная кислота с фиброзными компонентами матрицы. Для того чтобы смогла начаться кальцификация, должен предварительно фосфорилироваться коллаген или комплекс коллагена с мукополисахаридом. По данным Frank, Nalbandijan, коллаген содержит 2 типа свободных аминогрупп — группу на конце полипептидных цепочек и аминогруппы лизина и гидроксилизина. Активность коллагена зависит от присутствия свободных амино- и карбоксильных групп, которые могут комбинироваться с фосфатными ионами и с ионами кальция тканевых жидкостей. Этот механизм может иметь место как вероятная цепь реакций от образования «затравки» до минерализации ткани.

В тканях формирующегося зуба имеются вещества, нужные для пуска описанного механизма кальцификации. Минерализация является активным биохимическим процессом, которым опосредованно или непосредственно управляют биологические катализаторы — ферменты, гормоны, витамины, микроэлементы. В местах минерализации обнаружена фосфатаза. Однако ее роль не все одинаково оценивают, например Glimcher, Fleish, Neeman полагают, что роль фосфатазы заключается в локальном уничтожении предполагаемого ингибитора кальцификации. В экстрактах и гомогенатах зачатков зубов Toverud с соавторами обнаружил активность кислой фосфатазы, которая тормозилась виннокислым натрием и фтором (до 20% первоначальной активности). Deporter, Tenkate обнаружили, что ферментная активность щелочной фосфатазы у 12-дневных мышей была сосредоточена в промежуточном слое, а в созревающих амелобластах в исчерченной зоне — по периферии клетки. Такая локализация фермента связана с транспортом кальция. С помощью принятых тестов Мое с соавторами установил, что щелочная фосфатаза эмалевого органа идентична ферменту в других тканях. Активность ее у животных, содержащихся на рахитогенной диете, в 2 раза выше, чем у животных контрольной группы. Локализацию янтарной дегидрогеназы и дефосфорилирующего энзима аденозинтрифосфата, аденозиндифосфата и аденозинмонофосфата в зачатках зубов гистохимически установил Pourtois. Он полагал, что энзимы обеспечивают поступление фосфатных ионов в дентин и эмаль.

Кальцификации дентина предшествует синтез цитоплазматических гранул, несульфатных аминополисахаридов, соединенных с протеином, сульфатация аминопо-лисахаридов в комплексе с протеинами и, наконец, образование коллагеновых фибрилл матрицы. В зависимости от стадии минерализации эмали были обнаружены в разных соотношениях коллаген, белок и углеводы. Очевидно, кислые мукополисахариды также принимают участие в кальцификации. Гистохимические реакции на протеиды и углеводы, содержащиеся в матрице формирующейся эмали, свидетельствуют о химической метаморфозе, которая происходит в органической матрице при ее минерализации. Опровергая двухфазовость образования эмали и дентина, Avery полагал, что имеется тесное взаимодействие между формированием матрицы эмали и кальцификацией, которая начинается сразу же, как только появляется матрица вдоль эмалево-дентинного соединения. Вопреки мнению многих исследователей о том, что волокна матрицы формируются до отложения минералов и функционируют как каркас для минеральных кристаллитов, что присутствие волокон необходимо для зарождения и ориентации апатитовых кристаллитов, Fearnched, ссылаясь на свои электронно-микроскопические наблюдения, полагал, что концепция о волокнистой органической эмали требует пересмотра, так как фибриллярные структурные элементы в матрице им не обнаружены.

В настоящее время полагают, что центром кристаллизации являются волокна коллагена. Однако не все коллагены кальцифицируются. Это дало основание предположить, что важную роль в минерализации органической матрицы играют какие-то вещества, активирующие минерализацию, или ингибиторы, предотвращающие минерализацию в некальцифицирующихся тканях. Вопрос об этом еще остается нерешенным Perdok утверждает, что минерализация не начинается, если нет в растворе ионов фтора, которые, очевидно, являются активаторами начала преципитации. Принимая во внимание сведения о свойствах микроэлементов, их высокую биологическую активность, способность к активному присоединению белками, постоянное присутствие в минерализующихся тканях, а также закономерность изменения их количественного содержания в зависимости от интенсивности формирования зубов, можно полагать, что кроме фтора и другие микроэлементы могут быть активаторами минерализации. Алюминий и кремний, например, участвуют в качестве структурных элементов при построении ряда тканей у ребенка. Медь, цинк и марганец оказывают влияние на щелочную и кислую фосфатазы и АТФ-азу.

В минерализующейся матрице содержится много протеина— до 20%; в зрелой содержание его снижается до 0,4%. При помощи электрофореза в развивающейся эмали обнаружено 7 различных протеинов. Белок, который преобладает в ранней эмали, имеет необычное строение, отличающее его от коллагена и кератина. Белок частично минерализованной эмали содержит до 25% пролина. Содержание гистидина значительно превышает содержание аргинина и лизина, в то время как почти во всех других белках обратное соотношение. Специфические «коллагеновые» аминокислоты —гидрооксипролин и гидроксилизин — содержатся в количестве менее 5 остатков на 1000, глицин — 49—65 на 1000.

Интенсивность обмена в эмали в период минерализации настолько высока, что гетерогенные вещества, вводимые в организм, также могут включаться в обмен наряду с веществами, непосредственно играющими роль в минерализации. Очевидно, тетрациклин при введении в организм в минерализующихся тканях образует с ионами кальция соединение.

Основу ткани на этапах ранней стадии формирования зуба составляла белковая матрица. Позже происходит ее минерализация. Есть все основания полагать, что этот процесс превращает белковую основу зубных тканей в высокоспециализированную ткань, в которой сохраняется основной субстрат — белок, в котором беспрерывно происходит обмен.

Рассматривая эмаль как ткань, Perdok выделяет в эмали кристаллическую фазу. По его данным, зубная эмаль содержит большие кристаллиты (диаметром 100 нм и более) и чрезвычайно малое количество органической материи — менее 1%. Это является неотъемлемым качеством эмали, которая должна быть жесткой, неподатливой и трудно растворимой. В эмали происходит заметный ионный обмен. Наряду с этим отмечается огромное значение белкового компонента эмали; часть органической субстанции эмали является растворимым гликопротеином, что свидетельствует об определенной метаболической активности. Каждый кристаллит зубной эмали окружен слоем органической материи. Толщина этого органического слоя ограничена до размеров небольшого количества протеиновых молекул и заметна лишь при сильной разрешающей способности электронного микроскопа. Такое строение является условием механической прочности, амортизирует механические нагрузки. Роль небольших количеств органической матрицы очень значительна как с механической, так и с физиологической точки зрения. Кристаллическая решетка эмали (ее постоянные параметры) людей возраста 15—20 и 55 лет, как показали исследования основных рентгенографических показателей элементарной ячейки кристаллов апатитов эмали, различна. Анализируя эти данные, Г. Н. Пахомов полагает, что в молодом возрасте людей кристаллическая решетка эмали сходна с гидрооксиапатитом, а в зрелом возрасте — с фторапатитом.

Морфологическая и физиологическая связь органической и неорганической субстанций (апатита и белка) в минерализованных тканях, согласно данным Eastoe, состоит в том, что неорганические кристаллы тесно связаны с параллельно расположенными волокнами коллагена — наиболее богатого и характерного компонента органической матрицы.

Одной из важнейших составных частей любой ткани является жидкая фаза. Основным и очень важным ее компонентом является вода. Содержание воды в тканях зубов непостоянное и колеблется в зависимости от степени зрелости и формирования зуба. Воды много содержится в фолликулах зубов; в сформированных молочных зубах она уменьшается по мере физиологического старения зуба. Очевидно, имеется связь между количеством воды и интенсивностью обмена. Можно полагать, что вода обеспечивает поступление необходимых для обмена веществ и вынос продуктов метаболизма. Количество воды увеличивается в кариозных зубах по сравнению со здоровыми именно тогда, когда наступает активизация обменных процессов, преимущественно в сторону диссимиляции. Кариозные зубы содержат воды на 0,25% больше, чем здоровые. Депульпированные зубы содержат влаги на 9% меньше, чем недепульпированные.

Движение воды через эмаль обнаружили Poole, Tailby, Berry. Путем центрифугирования Paumo, Nänto установили наличие тканевой жидкости и ее состав в зубе свиньи. Водные экстракты зубной ткани, полученные путем последовательного экстрагирования равными порциями воды, содержат определенные концентрации кальция, фосфата, магния, двуокиси углерода, натрия, хлора. Величина концентрации, как установил Leicester, изменяется до нуля или до константной величины, если экстракция продолжается. Это аналогично полученным нами данным о снижении электропроводности водных экстрактов из эмали и дентина в зависимости от времени экстракции и состояния зубов. Очевидно, концентрация ионов создавалась за счет компонентов, растворенных в жидкой фазе тканей зуба.

С помощью изотермической сорбции воды Zahradnik и Moreno обнаружили способность эмали поглощать воду. При увеличении температуры с 25 до 50° С сорбция увеличивалась на 20—35%, что авторы расценивают как показатель активной диффузии. Сорбция снижалась с возрастом и в пределах одного и того же зуба снижалась от эмалево-дентинной границы к поверхности эмали; характер сорбции не изменяется после охлаждения эмали, однако уменьшается количественно, что свидетельствует, по мнению авторов, о сокращении пор вследствие присутствия органической субстанции.

Создавая давление в 30 мм рт. ст. на пульпу, при повреждении дентина на его поверхности через канальцы выступала жидкость. Если дентин был неповрежден, такая циркуляция отсутствовала. Авторы заключают, что такая внешняя циркуляция возникает при нарушении целости поверхности (кариес, некачественное пломбирование), то есть когда возникает градиент физиологической плотности внутри зуба.

Дентинная жидкость (зубная лимфа) составляет около 12% массы дентина. По своему составу и свойствам она во многом идентична плазме крови; через томсовы отростки поступает в дентин и эмаль, принося из крови питательные вещества.



Средний объем извлеченной Bergman, Linden, Räkert жидкости из эмали зуба свиньи равнялся 0,00424 м1. В пересчете на 100 мл эмалевая жидкость содержит 9,3 мг кальция и 6,3 мг калия. Bergman установил, что слабосвязанная вода занимает примерно 2% объема эмали и служит связующим звеном между наружной и внутренней окружающими эмаль жидкостями. Термин «эмалевая жидкость» автор применял для обозначения свободной водной фазы эмали с растворенными в ней веществами в виде молекул и ионов. От дентинной жидкости она отличается тем, что не содержит протеиновых молекул, которые слишком велики, чтобы проникнуть в зрелую эмаль, однако содержит различные аминокислоты. Эмаль в данном случае ведет себя как молекулярное сито: маленькие молекулы пропускает, крупные — задерживает.

Зубная лимфа является жизненным звеном между эмалью, дентином и пульпой, благодаря которому в твердые ткани зуба из пульпы транспортируются минеральные соли и другие вещества, необходимые для обмена. Зубная лимфа диффундирует в эмаль по органической субстанции. В связи с этим имеют особое значение эмалевые пластинки.

Вода — неотъемлемая в физиологических условиях организма фаза твердых тканей и зубной жидкости играет огромную роль в процессах обмена: минерализации, деминерализации и реминерализации. Одним из важнейших механизмов обмена являются проницаемость ткани и диффузия веществ через нее.

Транспорт воды через эмаль зубов даже in vitro не просто диффузионный процесс, в котором эмаль является инертной порозной средой, ей свойственно оказывать определенное энергетическое сопротивление благодаря наличию в эмали «констрикторов пор», как полагают Burke, Moreno. В срезах непрорезавшихся зубов Grabb при исследовании в отраженном и поляризованном свете обнаружил поры в наружной зоне эмали глубиной 180—300 мкм; порозность увеличивалась по направлению к шейке зуба.

В водных системах включение хлора в апатит ограничено, особенно в присутствии СО-3 и F- . Теоретические изыскания взаимодействия в водной фазе между составными частями в ионной системе CaF-CaO-P2O5-H2O позволяют Duff  предполагать активность ионов H+, F-, Са++ и ортофосфата, оказывающего влияние на кариеспрофилактическую активность иона F-.

В. В. Кочерженский, О. И. Харченко, А. Г. Колесник обнаружили, что проницаемость эмали увеличивается под влиянием кислот и химотрипсина и не изменяется под действием гигиенических мер в полости рта.

В белках твердых тканей зубов определены 17 аминокислот (аспарагиновая, глютаминовая, серии, глицин, треонин, аланин, аргинин, лизин, гистидин, оксипролин, пролин, валин, лейцин, фенилаланин, метионин, тирозин, цистин). Эти аминокислоты были обнаружены в здоровых минерализованных зубах при кариесе и пародонтозе. При упомянутых заболеваниях изменения касаются только общего количественного содержания белка и, возможно, количественного соотношения аминокислот.

Проницаемость твердых тканей зубов в значительной степени взаимосвязана с минерализацией и реминерализацией, со свойствами реминерализующих средств. Влияние минерализующих растворов на частично деминерализованную эмаль изучали Koshimizu, Takuma Tohga методом микрорадиографии, электронно-пробного микроанализа и электронной микроскопии. Призмы деминерализуются и реминерализуются легче, чем межпризменное вещество.

Эти исследования подтверждают наличие межпризменного вещества.

Относительно малые количества белка в тканях зуба имеют огромное значение как в формировании, так и в последующей жизни зуба. Из 10 свободных аминокислот (серии, аланин, фенилаланин, треонин, глицин, лейцин, валин, лизин, глютаминовая и аспарагиновая кислоты), которые обнаружены в здоровом дентине, в кариозном треонин и глицин отсутствуют.

Органическое вещество эмали содержит большое количество цистина, коллагенов и мукополисахариды. В зрелой эмали, наряду с другими аминокислотами, содержится много глицина и серина. В белках эмали непрорезавшихся зубов обнаружен тирозин. В эмали сформированных зубов обнаружены аминокислоты — гистидин и триптофан. Наряду с высоким содержанием других аминокислот находится незначительное содержание глицина в белке эмали. Состав белка пучков эмали, по данным Robinson с соавторами, был идентичен в зрелой и развивающейся эмали быка и человека.

Матрица зрелой эмали относительно богата кислыми мукополисахаридами. Протеиды локализованы преимущественно в веществе влагалищ призм и в поперечных органических площадках, которые разграничивают более минерализованные участки призмы. Сама матрица призмы также содержит протеиды и мукополисахариды, но в меньшем количестве, чем в оболочке. Субстанция между 2 смежными влагалищами призм, вероятно, состоит из кислых мукополисахаридов. Данные о содержании липидов во влагалищах призм и щелочной фосфатазы, которая принимает участие в построении фибрилл и в процессе абсорбции и синтезе мукополисахаридов, начиная с гликогена, спорны. Органическая субстанция эмали зубов человека содержит 0,18% нерастворимой коллагеновой субстанции, 0,17% растворимых протеинов, 0,15% пептидов, 0,10% цитрата, 0,64% хондроитинсерной кислоты. Дентин содержит 15,5% коллагена, хондроитинсерную кислоту и цитрат. Большое влияние на обмен кальция оказывают мукополисахариды.

Основной структурой преобладающей части минеральной фазы тканей зубов, согласно современной точке зрения, является апатит или гидрооксиапатит. К апатитам относится серия изоморфных, широко распространенных минералов различного состава. Только фторапатит встречается в естественных условиях в виде макрокристаллов, пригодных для проведения точного анализа. На основании сходства дифракционных рентгенограмм предполагают, что структура всех апатитов аналогична. Изучение кристаллической структуры и химического состава тканей кости зубов позволило прийти к заключению о тождественной их неорганической фракции и гидрооксиапатитов.

Оксиапатит, как утверждают У. Ньюман и М. Ньюман (1961), является единственным твердым соединением системы Ca—PO4—Н2О в нейтральной среде, которое может образоваться при физиологических условиях. Эмпирическая формула элементарной ячейки оксиапатита — Ca10(PO4)6ОН2, а фторапатита — Ca10(PO4)6F2; фтор занимает место гидроксильной группы. Обобщенная формула апатита:

по Реми M n/2 х(MnPO4)3,

по Виникеру M n/2 (PO4)3 х,

где M—может быть представлено кальцием или свинцом; P — фосфором, мышьяком или ванадием; X — хлором, фтором, или гидроксильной группой ОН.

Eastoe предполагает, что неорганическая часть эмали близка к гидрооксиапатиту, в котором количественные соотношения компонентов нарушены наличием ионов гидроксила и карбоната в решетке, а также других ионов (включая фтор), которые адсорбируются на обширной поверхности кристалла.

Более 50 лет прошло с того времени, как была высказана мысль, что в костях содержится кальций в виде гидроксиапатита с небольшими примесями карбоната кальция, адсорбированного натрия, кальция, магния. С тех пор многие исследователи признают концепцию об апатитовой решетке как физическом субстрате, составляющем зубную ткань, а обмен в нем как сугубо физико-химические явления. Однако следует учитывать, что в условиях живого организма обмен происходит при участии ферментных систем или каких-либо других биологических катализаторов, а не только в силу физико-химических законов, как это имеет место в неорганической химии. Ведь многие реакции образования живого вещества нам неизвестны и недоступны для воспроизведения; они протекают в организме и не поддаются объяснению только законами физической химии. В тканях зубов и кости находятся — ионы различных микроэлементов. Возможно, что наряду с другими факторами и эти ионы создают такую среду, такие условия, при которых образуется из кальция и фосфата не оксиапатит, а сложное комплексное соединение белка, кальция и фосфора, которое является основным субстратом зубных тканей.

Интенсивность минерализации эмали и дентина непостоянна: в начале образования твердых тканей зуба более минерализован дентин; затем степень минерализации эмали быстро прогрессирует. По мере минерализации уменьшается количество белка в эмали; СО32-замещается на OH-, а частично на Р03_4, в дентине главным образом Р03_4. Размеры неорганических частиц в эмали составляли 70—30 нм.

Нейтронно-активационный анализ и атомноадсорбционная спектрометрия эмали и дентина выявили концентрации Ca, Mg, Na, Cu, средние концентрации которых слабо коррелируют. Ca, Cl и К больше в эмали, чем в дентине. Обнаружены возрастные изменения концентраций для каждого из элементов в эмали и дентине разного характера. Исследованы также микроэлементы Mn, Cu, Zn, Sr, Pb, Со, F, I, Fe, Al, Se. В эмали Mn, Cu, Zn, Sr, Pb, I, Se концентрация выше, чем в дентине, a F и Fe—наоборот. Уровень Pb и Со в эмали повышается с возрастом. Установлена достоверная связь некоторых микроэлементов с поражаемостью кариесом. Это определяет интерес к исследованию их концентраций в поверхностном слое эмали.

В поверхностном слое эмали, по данным Ю. Н. Максимовского, М. П. Глазунова, накапливается цинк. Наибольшее количество цинка содержится в фисурах, наименьшее — в пришеечной части. Эмаль зубов у детей, получавших дополнительно цинк, содержит его больше, чем эмаль зубов у детей, которые не получали цинк. Г. М. Таймер, А. Бабацкий обнаружили нейтронно-активационным методом в пульпе цинка 0,294 мкг, в дентине — 0,169, в эмали — 0,116 мкг.

Возможность замещения гидроксильной группы фтором в молекуле белка позволяет предположить также присоединение молекулы апатита к ней; не исключена также возможность, что гидроксильные связи гидрооксиапатита могут быть замещены боковыми связями белковой молекулы; при этом образуется высокоспециализированная зубная ткань. Множество боковых связей белковой молекулы позволяет теоретически допустить, что одна молекула белка может присоединять большое количество элементарных ячеек апатита. Так можно представить себе процесс минерализации коллагена, в результате чего создается особая структура зубной ткани. Минерализацию и обмен минерализованной ткани можно тогда рассматривать как заполнение боковых свободных связей белковых молекул матрицы (или освобожденных под влиянием определенных активаторов) комплексными ионами апатита. При этом процессе электрически заряженные связи белковых молекул будут нейтрализоваться присоединением положительно заряженных ионов (Ca++, Mg++, Sr++ и другие металлы) или отрицательно заряженных ионов (PO4, CO3, SiO3 — и другие анионы). Полная минерализация веществ наступит тогда, когда произойдет заполнение всех возможных связей белковой молекулы. Наша рабочая гипотеза о процессах минерализации и связи «органической» и «неорганической» субстанции позволяет допустить, что в зрелой эмали возможен изоионный и гетероионный обмен. Она позволяет расценивать обмен в твердых тканях как биологический процесс в особой высокоспециализированной ткани, возникшей в результате соединения белка и гидроксиапатита. Этой ткани присущи некоторые биологические свойства белка и физические качества апатита.

Эмаль десятилетиями считалась инертной структурой, ее деминерализация рассматривалась равноценной ее тотальной деструкции. На основании новых методов исследования можно принять совершенно другую концепцию об эмали как о глубоко динамичной ткани.

В тканях сформированных зубов обнаружены те же белки, аминокислоты и другие органические вещества, которые содержатся в этих тканях и в период более интенсивного обмена, когда происходит формирование и минерализация зубов. Обмен веществ в твердых тканях подтверждают многочисленные клинические наблюдения и экспериментальные исследования. Поэтому нельзя согласиться с мнением С. М. Рапопорт о том, что в дентине местные процессы ассимиляции и диссимиляции не выражены и способность к регенерации и репарации вряд ли имеется, что зубная эмаль не показывает вообще никакого истинного обмена, что даже при тяжелых нарушениях обмена Ca и P никакие изменения в структуре или составе эмали не наблюдаются, если зуб ко времени заболевания уже прорезался. Нельзя согласиться и с тем, что обновление в эмали проходит только благодаря физическим и химическим процессам, происходящим в апатите, хотя бы потому, что эмаль — это не просто апатит. Прорезавшийся зуб хотя и менее чувствителен к внешним воздействиям, чем во время своего развития, однако он является далеко не инертной, не-реагирующей структурой. Ткани зуба способны к физиологическим изменениям, они реагируют на воздействие множества внешних и внутренних факторов.

Многие современные исследования свидетельствуют о динамичности состава твердых тканей зубов и о способности к обменным и репаративным процессам как в норме, так и при патологии.

Нарушение минерального обмена в твердых тканях зубов животных при острой и хронической лучевой болезни проявляется в изменениях интенсивности включения радиоактивных изотопов Ca и Р. Эти изменения всегда предшествуют морфологическим. В составе белков тканей организма постоянно содержатся аминокислоты, образующиеся в процессе обмена веществ путем размыкания и замыкания пептидных связей белковых молекул без расщепления всей молекулы. В твердых тканях зубов беспрерывно происходит белковый обмен. Аналогично, но слабее, чем в протеине других тканей, в процессе обмена глицин — С14 и метионин S35 включается в протеин зубов.

Заменимая аминокислота — глицин — составляет до 20% оссеина твердых тканей зуба; недостаток метионина вызывает общую дискоординацию процессов обмена веществ в организме; лизин активно участвует в синтезе тканевых белков, в процессах минерализации и реминерализации обызвествленных тканей. При помощи радиоизотопного метода можно достоверно установить, что при кариесе возникают нарушения белкового обмена в костях и зубах, однако в зубах они больше выражены. Интенсивность обмена кальция и глицина в разных зубах неодинакова. Экспериментально установленная динамика включения радиофосфора в ткани зуба, в том числе и эмали, служит доказательством ее обновления.

После радиотерапии эмаль зубов у 15—20% людей теряет блеск и становится шероховатой. Изменения усугубляются с увеличением дозы рентгенооблучения и могут быть видимы под электронным микроскопом. Возможно, эти изменения обмена и в дальнейшем видимые изменения структуры наступают в результате некроза эмали; при этом нарушается связь между белком и апатитом.

Реминерализация эмали in vitro (после деминерализации ее в 0,01 N буферном лактатном растворе при pH — 5,0) наступала полностью только при условии деминерализации до определенного уровня, ниже которого твердость эмали не восстанавливалась.

Эти данные позволяют предположить, что при определенных условиях (разрушении связей между белком и апатитом) наступает необратимая деминерализация ткани.

В настоящее время только в отношении щелочной и кислой фосфатаз имеются более или менее убедительные данные о содержании в тканях зуба и влиянии их на процессы созревания, минерализации и деминерализации белков зуба. Фосфатазы гистохимически обнаружены в дентинной жидкости в отростках одонтобластов. Имеются также в эмали фосфатазоположительные зоны. Оптимальная среда щелочной фосфатазы pH — 9,0, кислой — pH — 5,0. В зоне кариозного размягчения дентина фосфатаза не обнаруживается, как и в участке повреждения эмали. Очевидно, фосфатазы играют активную роль в ассимиляции фосфорных солей. Снижение содержания и активности фосфатов в твердых тканях зубов является фактором, способствующим развитию кариеса.

Щелочная фосфатаза активизируется ионами магния. В связи с этим интересны данные Л. И. Каушанского о снижении концентрации магния в кариозных зубах. Имеется прямая зависимость между глубиной нарушений белкового обмена и степенью поражения кариесом твердых тканей зуба.

Резистентность зуба к кариесу возникает в период формирования зубов, может меняться после прорезывания зуба в зависимости от качества лимфы, являющейся связующим звеном между зубными тканями и кровью. Это мнение в известной степени аналогично данным Л. А. Гильман и Μ. М. Киселевой, которые при множественном кариесе обнаружили гипофосфатемию, нарастание коэффициента Са/Р, изменение соотношения белковых фракций (гиперальбуминемию и гипергемоглобинемию).

Качество тканевой жидкости, по мнению Bachra, зависит от содержания в ней микроэлементов. Он полагает, что микроэлементы создают определенную ионную концентрацию, которая влияет на интенсивность движения жидкости в тканях зуба.

Возможно, что таким путем оказывают также влияние микроэлементы на обмен в зубных тканях. Многочисленными исследованиями доказано, что в кариозных зубах изменяется обмен по сравнению со здоровыми — при этом изменяются концентрации микроэлементов в тканях зубов.

Проницаемость является важным фактором обнаруженной реактивности эмали после прорезывания зуба. Некоторые молекулы и ионы могут свободно проходить, не изменяя состава эмали, тогда как другие могут реагировать с эмалью и соответственно менять ее физические и химические свойства. Опыты с радиоактивными изотопами дали в этом отношении значительную теоретическую информацию. Fosdik с соавторами рассматривает эмаль как гетерогенную мембрану, проницаемую для молекул и ионов небольшого размера. Некоторые из диффундирующих ионов адсорбируются эмалью (Ca++, PO , F-), что ведет к понижению ее проницаемости. Электронная микроскопия и микрорентгенография показали, что более благоприятные условия для движения воды, прохождения ионов и молекул создаются там, где плотность кристаллов меньше, следовательно, диффузия происходит через межпризменное вещество и линии Ретциуса. Разные факторы влияют на движение воды и определенных молекул и ионов сквозь эмаль. В значительной мере направление движения воды через эмаль определяют осмотические свойства слюны и крови. Субстанции, которые принимают участие в обмене веществ твердых тканей зубов в норме, столь же активны и при различных патологических состояниях, в частности при кариесе. Наименее устойчива связь органического и неорганического компонентов в межпризменном веществе и линиях Ретциуса. Очевидно, усиленное движение воды может привести к деминерализации зубов в первую очередь в этих структурах.

Радиоизотопные исследования дали возможность обнаружить уже в ранний срок развития кариеса у крыс характерные для этого заболевания изменения минерального и белкового обменов в зубах, которые находились в прямой зависимости от степени поражения. Тончайшие биохимические сдвиги обмена предшествуют возникновению и развитию структурных изменений твердых тканей зуба при кариозном поражении. По всей вероятности, ранние изменения обмена лизина — С14 происходят в результате нарушения синтеза белков в организме, а не вследствие дефицита его.

Кариозный процесс многие авторы ставят в зависимость от степени минерализации участков зубной ткани, от количественного изменения ее состава. Однако Η. Б. Николаева не обнаружила значительных колебаний кальция в здоровых и кариозных зубах. В эмали здоровых зубов лишь на 2,8% больше кальция, нежели в кариозном белом пятне, и на 4% — в сравнении с эмалью зуба, разрушенного кариесом. Уже в стадии белого пятна содержание кальция в эмали уменьшается на 40%, фосфора — на 41 %, углекислоты — 66%.

Интерес к минерализации зубов связан с тем, что кариесрезистентность и кариесвосприимчивость определенным образом связывают с процессами минерализации.

Восприимчивость и резистентность зубов человека к кариесу многие авторы связывают также с наследственными факторами. Они считают, что склонность к кариесу возникает в период формирования зубов. В частности, влияют условия в отдельные периоды жизни развития и обызвествления зубов (питание, содержание в пище оптимальных количеств минеральных веществ и витаминов и др.), а также длительность этих влияний . Генетические факторы также определяют формирование зубов. Они могут быть изменены условиями внешней среды, в частности питанием.

Восприимчивость к кариесу может быть изменена при помощи диеты и после прорезывания зубов.

Среди многих факторов, определяющих качественную полноценность диеты, большую роль играют микроэлементы. Многие экспериментальные работы свидетельствуют об активном влиянии микроэлементов, поступающих в организм через пищеварительный тракт, на различные физиологические процессы, в частности на минерализацию костей и зубов. Устойчивость или предрасположенность к кариесу, процессы минерализации и деминерализации в период формирования и в сформированном зубе в норме и при патологии могут с полным правом рассматриваться в связи с одним из многих факторов, влияющих на эти процессы,— микроэлементами.

Кобальт и марганец влияют на развитие костей путем активирования щелочной фосфатазы. Стронций и барий ингибируют щелочную фосфатазу, нарушая этим процессы минерализации. Наряду с этим стронций и барий могут вытеснять кальций из костной ткани, тем самым изменяя ее качество. В патогенезе рахита, остеомаляции, остеопороза могут играть роль не только недостаток кальция или фосфора, но и избыток стронция, бария и, возможно, других элементов.

Значительное влияние, особенно в период минерализации зубов, на развитие кариеса в сформированных зубах оказывают ванадий, молибден, марганец, селен,  и другие микроэлементы.

Магний, марганец и молибден, требующиеся для определенной энзимной активности, являются, вероятно, необходимыми и для кальцификации. Другие металлы (ванадий, медь, селен, бериллий) в определенных концентрациях не оказали благоприятного физиологического влияния на кальцификацию.

Марганец и медь участвуют в фосфорно-кальциевом обмене и процессах оссификации — они играют значительную роль в доставке кальция и фосфора плоду из организма матери и процессах оссификации тканей плода, активизируют щелочную фосфатазу. Недостаток марганца и меди разными физиологическими путями приводит к снижению кальция в костях. Ванадий стимулирует минерализацию костей и зубов у животных. Он изоморфен с фосфором и может его замещать в зубах и кристаллах гидроксиапатита. Некоторые ванадиевые компоненты уменьшают кислотную растворимость эмали больше, чем 0,1% раствор фтористого натрия. Это дало основание считать, что присутствующий в твердых тканях зубов ванадий оказывает кариостатическое действие.

Söremark, Ulberg показали, что радиованадий скопляется в развивающихся костях и зубах в больших концентрациях. Они допускают, что ванадий имеется в кристаллах гидроксиапатита эмали и дентина во время их формирования, аналогично тому, как содержится фосфор, фтор, кальций. Ауторадиограмма показала обильное удержание радиованадия по всей поверхности зуба, подвергнутого действию раствора пентоксида ванадия.

Фтор и марганец оказывают некоторое влияние на формирование зубов у крыс, изменяя активность кислой и щелочной фосфатаз в тканях зубов.

Микроэлементы могут быть составной частью протеидов и составной частью кристаллов апатита ткани зубов. В первом случае они выполняют роль активных центров ферментов синтеза белков и процессов обмена в ткани. Во втором случае, включаясь в кристаллическую решетку апатита, они изменяют физико-химическое состояние его, в частности, включаясь в кристаллическую решетку протеин-апатита, и изменяют его растворимость. Микроэлементы могут проявлять свое действие на процессы минерализации и деминерализации зубной ткани в норме и патологии.

Кариес зубов — заболевание, в паготенезе которого наряду с эндогенными факторами играет роль и непосредственно воздействующая на зубы среда полости рта — ротовая жидкость, зубной налет и его бактериальные и химические факторы. Однако эти факторы являются патогенетическими при условии, когда в тканях зуба произошли процессы, ослабившие физиологические защитные свойства их. Развившийся кариозный процесс в свою очередь, влияя на среду полости рта, усугубляет патогенетическое действие микробной флоры.

Слюна является одной из наиболее мощных в организме буферных систем. Ее pH, несмотря на некоторые колебания, обычно остается в пределах величин, при которых эмаль не растворяется. Пониженное слюноотделение, наблюдаемое в клинике, часто сопровождается распространенным кариозным поражением зубов. Ю. А. Федоров в эксперименте показал, что распределение радиоизотопов, диффундировавших в ткани зуба из слюны кипяченой (инактивированой) и нативной, неодинаково. В первом случае поглощение радиофосфора оказалось в 10—16 раз меньше. Это позволяет думать о ферментативной активности слюны в процессах адсорбции фосфора эмалью.

A.    А. Саржевская наблюдала развитие кариеса у крыс после удаления слюнных желез. Оценивая слюну как одну из сред организма, непосредственно участвующих в обменных процессах зуба, она вместе с тем предполагает, что нарушение состояния слюнных желез может иметь значение и с точки зрения возможной инкреторной функции. Удаление околоушных и подчелюстных слюнных желез, по данным В. Р. Окушко, B.    П. Гудилиной, М. С. Бубякиной, приводит к нарушению обмена в твердых тканях зуба.

Концепции отечественных авторов о кариесе, характеризуясь диалектико-материалистической методологической и общебиологической сущностью, трактуют этиологию и патогенез этого заболевания с точки зрения целостности организма и влияния на его состояние местных факторов внешней среды. Они утверждают тесную взаимосвязь в физиологическом и патологическом состояниях между зубом и организмом, признают физиологическую связь эмали с организмом и возможность воздействия на нее внешней среды через организм в течение всей жизни человека. Кариес рассматривается как патологический процесс в организме, в результате которого в тканях зуба возникают изменения последовательно на молекулярном, ультраструктурном, а затем морфологическом уровнях.

Первоначальные изменения обмена, которые приводят к изменениям молекулярной структуры тканей зуба, являются следствием нарушений регуляции этих процессов со стороны нервной системы и (или) нарушения в системе катализаторов обмена — гормонов, ферментов, микроэлементов и витаминов. Эти нарушения могут являться результатом эндогенного порядка (различные заболевания организма) и экзогенного порядка (влияние на организм различных факторов внешней среды). Нарушения структуры тканей, которые можно обнаружить визуально в клинике, являются результатом сочетанного действия указанных общих факторов и местных воздействий (ротовая жидкость, кислоты брожения и микроорганизмы зубного налета, механические, температурные и химические воздействия среды полости рта).

В возникновении предрасположенности к кариесу немалую роль играют различные заболевания (имеющиеся или перенесенные в прошлом) как причины снижения реактивности организма. У детей, болеющих кариесом зубов, рахит, туберкулез, экссудативный диатез обнаружены в 2 раза чаще, чем у детей с интактными зубами. Дети, не болевшие инфекционными заболеваниями, имели кариозные зубы (50,7%); среди болевших кариес отмечен у 68,7% больных; при этом у болевших детей в среднем в 2,5 раза больше кариозных зубов. Чаще болели кариесом дети, находившиеся на искусственном вскармливании, перенесшие токсическую диспепсию, рахит, спазмофилию, тяжелые инфекционные заболевания. Школьников, перенесших ряд болезней (ревматизм, инфекционные болезни, болезни нервной системы), кариес поражает в 2 раза чаще, чем здоровых, причем эти заболевания тем сильнее влияют на поражаемость зубов кариесом, чем раньше они возникли или были перенесены. Высокая частота кариеса отмечается при ревматизме, малярии, тонзиллите, гельминтозе, туберкулезе и других заболеваниях. Подобное влияние оказывают заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек и желудочно-кишечного тракта, ревматизм, сахарный диабет, бронхиальная астма, неврологические и многие другие болезни.

Многие авторы (США, Швеции, Англии, Швейцарии и других стран) установили зависимость частоты кариеса от содержания фтора в воде, потребляемой населением; при низком содержании фтора значительно возрастает распространенность кариеса зубов. Наряду с этим данные литературы свидетельствуют о возрастающем значении в этиологии и патогенезе кариеса других микроэлементов.

Биохимические изменения в тканях зуба, обусловливающие кариесвосприимчивость, а затем дис- и деминерализацию, создают предпосылки к изменениям морфологическим, которые под влиянием и при участии местных факторов превращаются в деструкцию эмали и дентина.

Большинство авторов считают первичными изменения в органическом веществе. Исследования кариозной эмали методом микрорентгенографии и в поляризованном свете показали, что вначале наступает деполимеризация, а затем растворение белков межпризменного вещества; деминерализация является вторичным процессом. Другие, ссылаясь на исследования кариозных зубов методом электронной микроскопии, утверждают первичность процесса деминерализации. В эмали установлено нарушение ориентации кристаллов апатита, увеличение расстояния между ними, а затем их фрагментация и деструкция, вплоть до полного растворения, отчего возникает относительное увеличение содержания органических веществ.

В дентине при кариозном поражении наблюдается деструкция кристаллов в основном веществе, слияние канальцев. В просветах их обнаруживаются бактерии и кристаллы фосфорнокислого кальция. Убыль неорганических веществ начинается со стенок канальцев и распространяется на околоканальцевое вещество.



Изменения в зубах, обнаруживаемые микроскопически, при различных формах и стадиях кариеса разнообразны благодаря особенностям строения пораженных тканей и характеру течения процесса, однако в принципе единицы. Во всех случаях неосложненного кариеса — от кариозного пятна до глубокого кариеса — имеют место явления дис- и деминерализации тканей зуба и наряду с этим—явления защитного порядка (реминерализация), степень выраженности которых зависит от реактивности организма в целом.

Зона поражения начальным кариесом характеризуется очаговой пигментацией эмали различной интенсивности в виде усеченного конуса, широким основанием обращенного наружу. Интенсивность окраски уменьшается от периферии к центру. В дальнейшем четкость морфологических структур эмали уменьшается, призмы и межпризменное вещество теряют обычное взаиморасположение, разрушаясь при этом,— образуется дефект.

На шлифах зубов с острым начальным и поверхностным кариесом при микроскопическом исследовании эмали обнаруживается, как правило, слабоокрашенная (грязно-желтого, серого цвета) зона поражения с резко выраженной поперечной исчерченностью призм и равномерно или варикозно расширенными межпризменными пространствами. При хроническом или приостановившемся кариесе на небольшом расстоянии от дефекта наблюдается зона склерозированной прозрачной эмали, являющаяся своеобразным «эмалевым рубцом».

Свойство эмали к проявлению своеобразной регенерации проявляется даже в стадии белого пятна. В обычном и поляризованном свете на микрорентгенограммах в центре поражения зоны повышенной минерализации имели форму дуг, выпуклостью обращенных в сторону дентина.

Наряду с приведенными особенностями для кариеса эмали характерны изменения межпризменного вещества в виде «губчатой» эмали — своеобразная структура эмали, наблюдаемая у эмалево-дентинной границы и напоминающая губку. Призмы в этом участке как бы изъедены или вакуолизированы, часто не контурируются в препарате. Межпризменное вещество набухшее и имеет вид варикозно расширенных тяжей. Иногда наблюдается переход вершины пигментного кариозного пятна в губчатую эмаль светло-бурого или темно-коричневого оттенков. По нашему и других авторов мнению, наличие таких очагов можно связать со скрытым кариозным процессом в эмали.

В дентине при поражении эмали начальным или по-поверхностным кариесом обнаруживаются изменения в виде участков прозрачного дентина (более выражены эти явления при хроническом кариесе эмали), вокруг зоны пигментации различной протяженности (вплоть до пульпы) ; в зоне пигментации канальцы темные, контрастные, часто фрагментированные, иногда сливающиеся в отдельные темные полости. В участках прозрачного дентина (зона реминерализации и гиперминерализации) канальцы выглядят облитерированными — они едва различимы под микроскопом. В отличие от острого при хроническом кариесе слой прозрачного дентина массивный. Биохимические и микроскопические исследования свидетельствуют о том, что в основе кариозного процесса лежат явления деполимеризации органической матрицы, а затем деминерализации и реминерализации ее, выраженные в разной степени.

В этих процессах, как было показано ранее, определенную роль играет фтор и другие микроэлементы, которые поступают в твердые ткани зуба из крови через пульпу и из слюны через ротовую жидкость. Определяют в значительной степени концентрацию микроэлементов в этих двух средах организма, количественное содержание их в источниках поступления микроэлементов в организм человека.